Instalace nového monitoringu chemického režimu pro Elektrárny Opatovice, a.s.

• Foto

Úvod

Společnost JSP, s.r.o. je přední český výrobce a dodavatel měření a regulace. Vyrábí a dodává především snímače pro měření teploty, tlaku, průtoku, hladiny, chemické analýzy a dalších veličin pro energetiku, chemii a průmysl. Rovněž dodává kompletní I&C řešení pro výstavbu nových a rekonstrukce stávajících energetických celků. Jedná se většinou o ucelené dílo včetně kompletního inženýringu - od projektových prací, přes vlastní dodávky, montáž nebo šéfmontáž, testy a uvedení do provozu, až po zajištění záručního a pozáručního servisu, dodávek náhradních dílů a další potřebné podpory, jako je například pravidelná kalibrace čidel ve vlastní akreditované laboratoři (AKL) či ověření pro fakturační měření v autorizovaném metrologickém středisku (AMS) JSP.

Mezi hlavní dodávky patří také „Systémy kontinuální chemické analýzy vody a páry v energetice“. Zažitá zkratka pro tyto systémy je SWAS (Steam and Water Analytical System).

Elektrárny Opatovice, kromě výroby elektřiny dodávají teplo do několika měst, především do Hradce Králové a Pardubic. Ke kombinované výrobě elektrické a tepelné energie používá šest parních kotlů s práškovým spalováním, tři kondenzační, dvě odběrové a jednu protitlakou turbínu. V rámci modernizace těchto technologií dodala společnost JSP pro kotle K2, K3, K5 a K6 nový monitoring chemického režimu. První etapa instalace pro kotle K2 a K3 proběhla při odstávce v roce 2017. Druhá etapa realizace pro kotle K5 a K6 nyní v roce 2018.

Předchozí stav

V technologii byly dosud instalovány pouze omezené prostředky pro sledování chemických parametrů. Chemické vlastnosti vody a páry byly sledovány prostřednictvím katexované a specifické vodivosti, přičemž byly měřeny vzorky přehřáté páry, syté páry, napájecí vody a kotelní vody všech kotlů.

Základem měření bylo dosud tedy pouze vyhodnocování vodivosti. Měření ostatních parametrů (pH, fosfát, křemík, kyslík,…) nebylo kontinuální, ale bylo prováděno ručními odběry. Při pochůzce byl odebrán vzorek a následně byl v laboratoři změřen. Delší doba od odebrání vzorku po jeho analýzu, neumožňovala přesné stanovení hodnot a měření bylo ovlivněno řadou vnějších činitelů.

Chemické složení páry a vod má přímé vlivy na provoz a poruchovost zařízení pro výrobu a použití páry, především kotlů a turbogenerátorů. Nedodržování chemických parametrů mohlo vést k nadměrnému zatížení energetických zařízení a tím ke zkrácení jejich životnosti i snížení provozní spolehlivosti (tvorba nánosů i vyšší korozní rychlosti).

SiO₂ se v kotelní vodě vyskytuje ve formě kyseliny H₄SiO₄, respektive H₂SiO₃. Do páry procházejí hlavně nedisociované (iontové) formy. Při expanzi v turbíně se snižuje jejich rozpustnost v páře a vypadlý SiO₂ se usazuje na lopatkách turbín a spolu s ostatními látkami (oxidy železa, mědi, Ca, Mg) vytváří tvrdé, jen velmi obtížně odstranitelné nánosy. Projevují se růstem tlaku za C kolem VT dílu turbíny. Musí pak následovat promývání turbíny sytou parou s přídavkem louhu sodného. Toto je velmi nebezpečná a kritická operace.

Taktéž rozpuštěný kyslík zvyšuje rychlost koroze železných a měděných slitin a zvyšuje náchylnost k lokálním formám koroze materiálů. Zdrojem kyslíku bývá přisávání vzduchu na vakuové části okruhu voda-pára, nebo špatně fungující termické odplynění, případně okysličený zdroj přídavné vody nebo kondenzátu jdoucí do napájecí vody mimo termické odplynění v napájecí nádrži.

Bez instalace nového systému SWAS mohlo docházet k různým typům koroze:

• a) chemická koroze – pochody, kdy na sebe působí vzájemně kov a okolní prostředí chemicky (vznik okují, vodíková koroze z rozkladu páry)
• b) elektrochemická koroze - ve vodném prostředí
• c) místní (skvrnitá, důlková, bodová, mezikrystalická, selektivní)
• d) celková - vyznačuje se stejnoměrností po celém povrchu
• e) kyslíková koroze - s kyslíkovou depolarizací v kapce vody, kde část větraná s obsahem kyslíku se stává katodou. Vytvořený elektrochemický článek rozpouští kov. Vzniká důlek, který zeslabuje stěnu. Nejčastěji vzniká na odstaveném a vypuštěném zařízení po špatném vypuštění.
• f) vnější a vnitřní články - mezi kovem a jeho oxidy při styku s vodou, také soustava Cu - Fe
• g) vodíková koroze z rozkladu páry - způsobí křehnutí materiálu. Vzniká až za teplot nad 700°C, proto je nutná dobrá cirkulace vody v kotli
• h) mezikrystalická koroze - koroze vlivem agresivního prostředí na styčných plochách krystalů kovu. Šíří se do hloubky kovu. Následně vypadává z trubky kus materiálu nebo se vytvoří "škleb".
• i) plošná koroze - nejčastěji v kyselém nebo neutrálním prostředí vlivem účinku oxidu uhličitého
• j) selektivní koroze - ve slitinách, např. odzinkování mosazi

Nově instalovaný monitoring chemického režimu

Instalované řešení systému chemické analýzy vody a páry pokrývá komplexní zjišťování provozně potřebných fyzikálně-chemických vlastností vody a páry, které umožňuje dálkově kontrolovat a registrovat všechny potřebné údaje v řídícím systému bez zásahů obsluhy. Řešení je provozováno v automatickém režimu a je trvale chráněno proti chybným manipulacím a nežádoucím provozním režimům pomocí jisticích prvků, poskytující provoznímu personálu i personálu údržby všechny potřebné údaje ve formě, která zajistí bezpečný a ekonomický provoz technologie při minimálních nárocích na zatížení obsluhy.

On-line monitoring parametrů vody a páry představuje v porovnání s periodickými ručními rozbory v laboratoři zcela jinou kvalitu získaných informací. Kvalitní kontinuální monitoring parametrů vody a páry spojený s řádným vyhodnocením a využitím měřených hodnot k řízení technologie představuje především cenný nástroj k zefektivnění provozu a hlavně prodloužení životnosti zařízení.

V rámci realizace projektu jsou instalovány dva zcela nové, moderní systémy chemické analýzy vody a páry. Zkompletované panely úpravy vzorku JSP a panely s analyzátory SWAN jsou instalovány na kompaktním montážním rámu, je zajištěn společný přívod chladící vody a společné odpadní potrubí pro odvod chladící vody, vzorků z jednotlivých analyzátorů a ručních odběrů. Odběrové trasy jednotlivých technologických médií jsou připojeny ke vstupu daného panelu úpravy vzorku (NV, KV, SP, PP) novým impulsním potrubím. Panely úpravy vzorku jsou pak propojeny nerezovým impulsním potrubím s jednotlivými analyzátorovými jednotkami. Odpad z analyzátorů a ručních odběrů je sveden nad nerezový žlab s mřížkou pro možnost odkládání lahví pro ruční kontrolní odběry.

Rozsah dodávek společnosti JSP představuje:

• kompletní návrh řešení a projektovou dokumentaci
• demontáž původních zařízení včetně potrubí a všech konstrukcí
• dodávku dvou nových kompletních rámů s panely úpravy vzorků a analyzátory pro K2, K3 a K5, K6
• nové odběrové potrubí vzorků od kotlů k panelům úpravy vzorků
• dodávku napájecích, signálových a komunikačních kabeláží včetně napájecích a sdružovacích skříní
• přenos měřených veličin do řídícího systému a zobrazení na stanicích operátorů kotlů a CHUV
• kompletní projekt, dodávky, instalaci a zprovoznění systémů
• zhotovení a předání dokumentace skutečného stavu

V rámci řešení jsou tedy nahrazena dožitá měření vodivostí a dochází k rozšíření měření dalších parametrů:

• U napájecí vody je rozšířen stávající analyzátor měření specifické a katexované vodivosti včetně výpočtu pH a koncentrace čpavku o on-line monitoring kyslíku a křemíku,
• Stávající měření vodivosti kotelní vody je nahrazeno novým měřením specifické vodivosti a doplněno měřením pH a měřením fosfátu,
• Měření vodivosti syté páry je nahrazeno novým měřením katexované vodivosti
• U přehřáté páry je opět stávající měření nahrazeno novým měřením specifické a katexované vodivosti včetně výpočtu pH a koncentrace čpavku a měřením křemíku
• U všech měření je přenos měřených hodnot řešen komunikační linkou s následnou vizualizací v řídicím systému

Význam moderní chemické analýzy v energetických provozech

Kvalita, chemické složení a znečištění vody má přímý vliv na životnost a spolehlivost zejména blokových zařízení (kotlů a turbín) klasických i jaderných elektráren. Tyto parametry mají přímou vazbu na opotřebení a celkově na ekonomiku celého provozu. Úroveň některých chemických prvků či nečistot je v moderních provozech nutné monitorovat „on-line“, v reálném čase a s přímou vazbou do řídícího systému, tak aby obsluha mohla včas diagnostikovat stav a preventivně na měnící se parametry reagovat adekvátní úpravou či zásahem. Dnes je dokonce řízení chemie okruhů postaveno na roveň řízení toku energie. Pomocí porovnání reakce a měřením na různých místech okruhu lze také například rychle diagnostikovat zdroj nečistot, odhad typu znečištění nebo poruchy chemie.

Řetězec vzniku informace o chemickém režimu od technologie k člověku zahrnuje:

• odběr vzorku z hlavního proudu média
• úpravu vzorku (snížení teploty a tlaku či kondenzace páry na kapalinu)
• vlastní analýzu měřených hodnot
• zpracování signálu (filtrace, mrtvé pásmo,…)
• přenos do databáze a zobrazení v DCS
• informace o validitě měření = mohu naměřenému údaji věřit?
• identifikaci příčiny poruchy a poškození technologie (varovný systém)
• zajištění vysoké bezpečnosti při provozu, obsluze a údržbě

Závěr

Oba nové bloky chemického monitoringu kotlů K2+K3 i K5+K6 v Elektrárnách Opatovice významně přispějí k ekonomickému, spolehlivému a bezpečnému provozu technologie těchto kotlů, stejně jako tomu je při podobných instalacích systémů kontinuálního měření chemického režimu realizovaných společností JSP, například u nového paroplynového bloku elektrárny Počerady 880MW, při instalaci kontinuálního měření chemie vody a páry rekonstruovaných bloků C, D a E (3x 250 MW) Prunéřova II v rámci jejich Komplexní obnovy, či v případě instalace na Teplárně a dvou paroplynových blocích Vřesová v Sokolovské uhelné a mnoha dalších energetických provozech v České republice i zahraničí.

Autor

• Ing. Fukač Petr MBA